Разрезая огнем: плазменная резка металла

За последние десятилетия технологии сварки и резки в индустриально развитых странах шагнули далеко вперед, ведь современные экономические условия требуют от специалистов поиска все новых путей сокращения издержек производства и повышения эффективности труда. Все более широкое распространение, благодаря низкой себестоимости и высокому качеству обработки металлов, получает тепловая резка плазмой, вытесняя, в отдельных случаях, кислородную резку.

Тепловую резку сталей, цветных металлов и их сплавов применяют в различных отраслях промышленности. И хотя раскрой листового металла и разделительная резка не являются основными производственными операциями, их совершенствование позволит, например, значительно сократить трудозатраты и снизить себестоимость работ по изготовлению технологической оснастки в машиностроении, монтажу и ремонту металлоконструкций, при строительстве трубопроводов, в судостроении.

Открытие и принцип действия

В 60-х годах XX века появились плазмотроны, созданные учеными США и СССР и предназначенные для исследования газодинамических параметров, параметров тепло- и массообмена, механизмов разрушения материалов. Подобные устройства стали широко применяться в реализации плазменной обработки металлов: резке, сварке, наплавке, закалке металла.

Сущность процесса плазменной резки заключается в локальном интенсивном расплавлении нарезаемого металла в объеме полости реза теплотой, генерируемой сжатой дугой, температура которой достигает 20 000°C,

и удалении жидкого металла из полости высокоскоростным плазменным потоком, вытекающим из канала сопла плазмотрона.

Схема действия плазменной резки. Фото: allmetal.ru

Схема действия плазменной резки

В отличие от газовой резки, при которой режущий «инструмент» образуется за счет химической реакции сгорания горючего газа, и потому перечень разрезаемых материалов ограничен по температуре их плавления, плазменная резка — процесс электрофизический и потому применим для резания практически любых металлов. Кроме того, в плазменной резке не задействованы легковоспламеняющиеся и взрывоопасные материалы, что делает процесс более безопасным.

Области применения

В последние годы на рынке стали появляться многофункциональные устройства, которые, в зависимости от типа рабочего тела или способа электрического подключения, способны одинаково хорошо производить полную обработку металла — резку, сварку, пайку, наплавку, закалку изделий. К примеру, подобные аппараты могут успешно осуществлять резку практически любого известного материала, включая высоколегированную и нержавеющую сталь, алюминий, титан, бетон, кирпич, керамику. С помощью копьевой резки им под силу создавать отверстия в металле практически любой толщины. Причем это все делается с локальным разогревом, без образования кратеров, с равномерной обработкой краев металла, не требующей дальнейшей обработки.

Плазмотроны могут заменять такие инструменты, как ножовочное полотно, болгарка, паяльная лампа, газовая горелка, термофен, лазерный резак, сварочный инвертор и др. В настоящее время известен положительный опыт использования подобных устройств в строительно-монтажных, кровельных работах, при монтаже трубопроводов, систем отопления, в энергосистемах, в работах с автомобильной сталью и даже в быту (благодаря низкой стоимости простейших образцов).

Достоинства аппаратов плазменной резки

Сегодня на рынке представлено множество типов аппаратов плазменной резки — как компактных размеров, которые успешно можно применять в быту, так и промышленных размеров — для использования в условиях и объемах производства. Компактные аппараты воздушно-плазменной резки представляют собой источник плазмы и плазмотрон. Для нагнетания воздуха к прибору подключают компрессор. Простейший прибор компактен, габаритные размеры позволяют его перевозить на легковом автомобиле. Питание — от сети 220 В, мощность потребления 4 кВт. Известные образцы российских производителей позволяют резать металл толщиной до 8 мм.

Плазменная резка автоматом. Фото: stairwaysinc.com

Плазменная резка автоматом. Фото: stairwaysinc.com

Промышленные аппараты плазменной резки представляют собой станковое оборудование — так называемые центры термического (газоплазменного) раскроя листового металлопроката, в состав которых входят, помимо самого плазмотрона, системы числового программного управления (ЧПУ). Газоплазменного — поскольку установки обычно рассчитаны на резку и плазмой и газом: т.к. экономически эффективно плазмой резать металл толщиной до 80 мм, а свыше 80 мм — газом.

К достоинствам подобного оборудования можно отнести высокопродуктивный раскрой листов значительной толщины из черни легированных сталей, алюминия и его сплавов меди, чугуна, титана и др., а также микропроцессорное обеспечение точной регулировки горелку по высоте. Отличительной особенностью плазменной резки, по сравнению с аналогами (газовой, лазерной, вибрационной резкой, электродуговой строжкой, резкой на ножовочных, круглопильных, токарно-отрезных станках и ножницах), являются: универсальность процесса, т.е. возможность резки на одном и том же оборудовании различных электропроводных материалов; большая скорость резки металлов малых и средних толщин, по сравнению с другими термическими способами резки; отличное качество реза, не требующее дополнительной механической обработки; возможность резки загрязненного, окрашенного, гальванизированного и оцинкованного материала; применение недорогого и недефицитного газа (обычно — сжатого воздуха); значительное уменьшение термических деформаций разрешимого изделия; мобильность при использовании малогабаритных установок с воздушным охлаждением для ручной плазменной резки.

К недостаткам можно отнести некоторые нюансы при работе — нельзя чтобы продукты горения попадали в сопло плазмотрона, т.е. необходимо соблюдать определенный угол реза.

Аппарат плазменной резки C 82

Использование новых материалов для производства плазмотронов и новых технологий производства электрической части оборудования для плазменной резки значительно снизили его стоимость. На последних отраслевых выставках в Москве и Санкт-Петербурге среди представленных вниманию специалистов промышленных установок воздушно-плазменной резки особый интерес вызвал переносной аппарат C82 немецкой компании Merkle. За счет усовершенствования конструкции источника питания разработчики довели вес установки до 26 кг. Такая портативная модель идеально подходит как для работы в производственных цехах, так и на монтаже.

Аппарат плазменной резки C 82

Аппарат плазменной резки C 82

Сварочный ток: 20-80 А
ПВ 35% (10 мин.): 80 А
ПВ 60% (10 мин.): 60 А
ПВ 100% (10 мин.): 40 А
Напряжение питания: 3 x 380 — 440 В
Вес: 26 кг
Габариты: 535 x 230 x 465 мм

Установка С 82 имеет плавную регулировку тока резки до 80 А, световую индикацию режимов работы и воздушное охлаждение. Использование современного инверторного источника питания обеспечивает стабильность тока резки, не зависящего от колебаний напряжения в питающей сети или изменения рабочего зазора между резаком и деталью. Плазменный резак PR 81 позволяет при небольших выходных токах разрезать с высоким качеством и хорошей скоростью сталь, цветные металлы. Высокая концентрация энергии в зоне реза обеспечивает его малую ширину (при толщине заготовки 20 мм, ширина реза — не более 2,5 мм) и отличное состояние поверхности кромок после реза.

Обеспечение высокого качества сжатого воздуха при достаточно большом его расходе (120-220 л/мин. при 0,4-0,6 МПа) — одна из главных задач при эксплуатации установок воздушно-плазменной резки, так как от этого напрямую зависят стойкость катодов и сопел, стабильность поджига дуги, скорость и качество реза. В установке воздушно-плазменной резки С 82 эта задача решена благодаря применению встроенной системы фильтрации сжатого воздуха.

Аппарат плазменной резки AirCUT 120 W

Более мощная модель — установка плазменной резки AirCUT 120 W. Она имеет встроенный блок жидкостного охлаждения, ступенчатую регулировку тока резки до 120 A, встроенную систему фильтрации сжатого воздуха, удобную световую индикацию режимов работы и систему блокировки. Для удобства перемещения установка оборудована поворотными колесными опорами. Управление установкой предельно просто: все имеющиеся функции обозначены на передней панели.

Аппарат плазменной резки AirCUT 120 W

Аппарат плазменной резки AirCUT 120 W

Сварочный ток: 40-120 А
ПВ 60% (10 мин.): 120 А
ПВ 80% (10 мин.): 80 А
ПВ 100% (10 мин.): 40 А
Напряжение питания: 3 x 400 В
Вес: 240 кг
Габариты: 730 x 520 x 905 мм

Использование в данной модели более мощного источника питания и плазменного резака PR 121 W в сочетании с жидкостной системой охлаждения позволило увеличить толщину разрезаемого металла до 50 мм, а также продолжительность включения установки.

Для выполнения автоматизированного раскроя металла установки плазменной резки C82 и Air Cut 120 w могут быть адаптированы к машинам портального типа с программным управлением. Для этой цели компания Merkle предлагает специальные плазменные резаки PR 81-M и PR 121 W-M.

Немецкая сварка Merkle →

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *